Servomotorer og robotter transformerer additive applikationer. Lær de seneste tips og applikationer, når du implementerer robotautomatisering og avanceret bevægelseskontrol til additiv og subtraktiv fremstilling, samt hvad der er det næste: tænk på hybride additive/subtraktive metoder.
AVANCERET AUTOMATION
Af Sarah Mellish og RoseMary Burns
Indførelsen af strømkonverteringsenheder, bevægelseskontrolteknologi, ekstremt fleksible robotter og en eklektisk blanding af andre avancerede teknologier er drivende faktorer for den hurtige vækst af nye fremstillingsprocesser på tværs af det industrielle landskab. Ved at revolutionere den måde, prototyper, dele og produkter fremstilles på, er additiv og subtraktiv fremstilling to fremragende eksempler, der har givet den effektivitet og omkostningsbesparelser, som fabrikanter søger for at forblive konkurrencedygtige.
Benævnt 3D-printning, additiv fremstilling (AM) er en ikke-traditionel metode, der normalt bruger digitale designdata til at skabe solide tredimensionelle objekter ved at sammensmelte materialer lag for lag nedefra og op. Ofte fremstiller NNS-dele (nær-net-form) uden spild, brugen af AM til både grundlæggende og komplekse produktdesign fortsætter med at gennemsyre industrier som bilindustrien, rumfart, energi, medicin, transport og forbrugerprodukter. Tværtimod indebærer den subtraktive proces fjernelse af sektioner fra en materialeblok ved højpræcisionsskæring eller bearbejdning for at skabe et 3D-produkt.
På trods af vigtige forskelle er de additive og subtraktive processer ikke altid gensidigt udelukkende - da de kan bruges til at komplimentere forskellige stadier af produktudvikling. En tidlig konceptmodel eller prototype skabes ofte af den additive proces. Når først det produkt er færdiggjort, kan det være nødvendigt med større partier, hvilket åbner døren for subtraktiv fremstilling. På det seneste, hvor tiden er af afgørende betydning, anvendes hybride additive/subtraktive metoder til ting som at reparere beskadigede/slidte dele eller skabe kvalitetsdele med kortere leveringstid.
AUTOMATISER VIDERE
For at imødekomme strenge kundekrav integrerer fabrikanter en række trådmaterialer som rustfrit stål, nikkel, kobolt, krom, titanium, aluminium og andre uens metaller i deres delkonstruktion, startende med et blødt, men stærkt underlag og afsluttes med et hårdt slid. -bestandig komponent. Dette har til dels afsløret behovet for højtydende løsninger for større produktivitet og kvalitet i både additive og subtraktive fremstillingsmiljøer, især når det drejer sig om processer som wire arc additive manufacturing (WAAM), WAAM-subtraktiv, laserbeklædning-subtraktiv eller dekoration. Højdepunkter inkluderer:
- Avanceret servoteknologi:For bedre at kunne adressere time-to-market-mål og kundedesignspecifikationer, hvad angår dimensionspræcision og finishkvalitet, henvender slutbrugerne sig til avancerede 3D-printere med servosystemer (over stepmotorer) for optimal bevægelseskontrol. Fordelene ved servomotorer, såsom Yaskawas Sigma-7, vender den additive proces på hovedet, og hjælper fabrikanter med at overvinde almindelige problemer via printerforstærkende funktioner:
- Vibrationsdæmpning: Robuste servomotorer kan prale af vibrationsdæmpningsfiltre samt anti-resonans- og notchfiltre, hvilket giver ekstremt jævn bevægelse, der kan eliminere de visuelt ubehagelige trinlinjer forårsaget af stepmotorens drejningsmoment.
- Hastighedsforøgelse: En printhastighed på 350 mm/sek. er nu en realitet, mere end en fordobling af den gennemsnitlige printhastighed for en 3D-printer ved hjælp af en stepmotor. På samme måde kan en kørehastighed på op til 1.500 mm/sek. opnås ved hjælp af roterende eller op til 5 meter/sek. ved hjælp af lineær servoteknologi. Den ekstremt hurtige accelerationsevne, der leveres gennem højtydende servoer, gør det muligt at flytte 3D-printhoveder til deres korrekte positioner hurtigere. Dette afhjælper i høj grad behovet for at bremse et helt system for at nå den ønskede finishkvalitet. Efterfølgende betyder denne opgradering i motion control også, at slutbrugere kan fremstille flere dele i timen uden at ofre kvaliteten.
- Automatisk tuning: Servosystemer kan selvstændigt udføre deres egen tilpassede tuning, hvilket gør det muligt at tilpasse sig ændringer i en printers mekanik eller afvigelser i en printproces. 3D stepmotorer bruger ikke positionsfeedback, hvilket gør det næsten umuligt at kompensere for ændringer i processer eller uoverensstemmelser i mekanikken.
- Encoder-feedback: Robuste servosystemer, der tilbyder absolut encoder-feedback, behøver kun at udføre en målsøgningsrutine én gang, hvilket resulterer i større oppetid og omkostningsbesparelser. 3D-printere, der bruger stepmotor-teknologi, mangler denne funktion og skal hjemtages, hver gang de tændes.
- Feedback sensing: en ekstruder til en 3D printer kan ofte være en flaskehals i printprocessen, og en stepmotor har ikke feedback sensing evnen til at detektere et ekstruderstop - et underskud, der kan føre til ødelæggelsen af et helt printjob. Med dette i tankerne kan servosystemer registrere ekstruder backups og forhindre filament stripping. Nøglen til overlegen udskrivningsydelse er at have et lukket sløjfesystem centreret omkring en optisk encoder med høj opløsning. Servomotorer med en 24-bit absolut højopløsnings-encoder kan give 16.777.216 bits lukket-sløjfe-feedback-opløsning for større akse- og ekstruder-nøjagtighed samt synkronisering og jam-beskyttelse.
- Højtydende robotter:Ligesom robuste servomotorer transformerer additive applikationer, er robotter også det. Deres fremragende baneydeevne, stive mekaniske struktur og høje støvbeskyttelsesværdier (IP) – kombineret med avanceret anti-vibrationskontrol og multi-akse kapacitet – gør meget fleksible seks-aksede robotter til en ideel mulighed for de krævende processer, der omgiver brugen af 3D printere, samt nøglehandlinger for den subtraktive fremstilling og hybride additive/subtraktive metoder.
Robotautomatisering, der er komplementær til 3D-printmaskiner, indebærer i vid udstrækning håndtering af printede dele i installationer med flere maskiner. Fra aflæsning af individuelle dele fra printmaskinen til adskillelse af dele efter en multi-part printcyklus, yderst fleksible og effektive robotter optimerer driften for større gennemløb og produktivitetsgevinster.
Med traditionel 3D-printning er robotter behjælpelige med pulverhåndtering, genopfyldning af printerpulver efter behov og fjernelse af pulver fra færdige dele. På samme måde kan andre dele efterbehandlingsopgaver, der er populære ved metalfremstilling, såsom slibning, polering, afgratning eller skæring let opnås. Kvalitetsinspektion samt emballage- og logistikbehov bliver også mødt direkte med robotteknologi, hvilket frigør fabrikanter til at fokusere deres tid på arbejde med højere værdi, som f.eks. specialfremstilling.
For større emner bliver industrirobotter med lang rækkevidde værktøjet til direkte at flytte et 3D-printerekstruderingshoved. Dette, sammen med perifere værktøjer som roterende baser, positioneringsanordninger, lineære spor, portaler og mere, giver det arbejdsområde, der kræves for at skabe rumlige friformede strukturer. Bortset fra klassisk hurtig prototyping, bliver robotter brugt til fremstilling af store volumener fri-form dele, forme former, 3D-formede truss konstruktioner og stor-format hybrid dele. - Multi-akse maskincontrollere:Innovativ teknologi til at forbinde op til 62 bevægelsesakser i et enkelt miljø gør nu multisynkronisering af en bred vifte af industrirobotter, servosystemer og frekvensomformere, der anvendes i de additive, subtraktive og hybride processer, mulig. En hel familie af enheder kan nu arbejde problemfrit sammen under fuld kontrol og overvågning af en PLC (Programmable Logic Controller) eller IEC maskincontroller, såsom MP3300iec. Ofte programmeret med en dynamisk 61131 IEC-softwarepakke, såsom MotionWorks IEC, bruger professionelle platforme som denne velkendte værktøjer (f.eks. RepRap G-koder, funktionsblokdiagram, struktureret tekst, ladderdiagram osv.). For at lette nem integration og optimere maskinens oppetid medfølger færdiglavede værktøjer såsom kompensation for lejeudjævning, ekstrudertrykfremføringskontrol, multiple spindel- og ekstruderkontrol.
- Avancerede produktionsbrugergrænseflader:Meget gavnlig for applikationer inden for 3D-print, formskæring, værktøjsmaskiner og robotteknologi, kan forskellige softwarepakker hurtigt levere en let-tilpasset grafisk maskingrænseflade, der giver en vej til større alsidighed. Designet med kreativitet og optimering i tankerne, intuitive platforme, som Yaskawa Compass, giver producenterne mulighed for at mærke og nemt tilpasse skærme. Fra at inkludere centrale maskinegenskaber til at imødekomme kundernes behov, kræves der kun lidt programmering - da disse værktøjer giver et omfattende bibliotek af forudbyggede C# plug-ins eller muliggør import af brugerdefinerede plug-ins.
STØG OVER
Mens de enkelte additive og subtraktive processer forbliver populære, vil et større skift mod den hybride additive/subtraktive metode ske i løbet af de næste par år. Forventet at vokse med en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 14,8 procent i 20271, er markedet for hybride additive fremstillingsmaskiner klar til at imødekomme stigningen i skiftende kundekrav. For at hæve sig over konkurrenterne bør producenterne afveje fordele og ulemper ved hybridmetoden for deres operationer. Med evnen til at producere dele efter behov, til en væsentlig reduktion i CO2-fodaftrykket, tilbyder den hybride additiv/subtraktive proces nogle attraktive fordele. Uanset hvad bør de avancerede teknologier til disse processer ikke overses og bør implementeres på butiksgulve for at lette større produktivitet og produktkvalitet.
Indlægstid: 13. august 2021
